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天文新知

為什麼太陽系各行星的公轉不在同一平面上?

利用位在智利的阿塔卡瑪毫米/次毫米電波陣列(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array,ALMA),日本天文學者首度觀測到一顆原恆星(protostar)周圍有扭曲的盤面。這顆編號為IRAS04368+2557的原恆星年齡僅有幾十萬歲,相當於是人類的嬰兒期。這項研究結果顯示:包含我們太陽系在內的許多行星系統中,行星軌道並不在同一平面上,可能就是因為整個系統形成當初,行星就是在已經扭曲的盤面中形成的結果。

​圖片說明:藝術家想像中原行星周圍扭曲的原行星盤。Credit: RIKEN
圖片說明:藝術家想像中原行星周圍扭曲的原行星盤。Credit: RIKEN

太陽系裡的行星繞太陽公轉的軌道面與太陽赤道面差異最大的約為7度左右。而天文學家很久之前就已知許多系外行星系統中的行星公轉面也不在同一平面上,或說不在其母恆星的赤道面上。其中一種解釋,認為可能是因為被行星系統中的其他天體撞擊,或是有恆星經過這個行星系統附近,而使系統中的一些行星公轉軌道面受到影響,從原本應該都在同一平面而逐漸變得稍微傾斜。

然而,除了上述解釋之外,還有一種說法是行星形成前,原恆星周圍從星雲逐漸收縮的原行星盤(protoplanetary disk)原本就是不平整的,自然使得從中誕生的行星也不會在同一平面上。近來拍攝的原行星盤影像就呈現出這種原行星盤的扭曲景象。但天文學家仍不清楚這種扭曲現象到底發生在行星形成多早的時期。

日本國立理化學研究所(RIKEN)星團前沿研究(Cluster for Pioneering Research,CPR)和千葉大學(Chiba University)的天文學家Nami Sakai等人組成的團隊利用ALMA觀測原恆星IRAS04368+2557。IRAS04368+2557是顆還埋在暗星雲L1527中的初期原行星,但ALMA觀測結果顯示它的原行星盤由兩部分組成,內側部分和外側不在同一平面上轉動。這個原行星盤非常年輕,仍在持續成長中。L1527離金牛座分子雲(Taurus Molecular Cloud)僅約450光年遠,當初就是因為它的原行星盤恰好幾乎側對地球,引起天文學家的注意而開始研究它的原行星盤。而ALMA的L1527觀測結果顯示幾乎是從行星形成的最早階段就存在原行星盤的扭曲現象,因此Sakai等人不禁懷疑這是否是個普遍的現象,不過這樣的猜測得觀測研究過更多類似的系統後才能得到定論。

既然已確定原行星盤扭曲是行星公轉面不在同一平面的原因,那麼問題來了:是什麼原因造成原行星盤扭曲呢?Sakai等人認為其中一種可能是因為這個階段中的原恆星雲中仍有氣體塵埃流持續流動,致使原行星盤彎曲。第二種可能是原恆星的磁場與原行星盤自轉軸不同平面,致使內側盤面被磁場拉扯到不同平面。Sakai等人將繼續觀測,以便能確認到底哪一種是致使盤面扭曲的主要原因。
 
資料來源:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

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